黄原胶的性质及其在医药领域的研究

熊晓兰 郑媛媛（四川护理职业学院，四川 成都 610100）

黄原胶的性质及其在医药领域的研究

熊晓兰 郑媛媛（四川护理职业学院，四川 成都 610100）

黄原胶是由野油菜黄单胞菌发酵产生的一种生物大分子多糖，因其具有安全无毒、无可降解、高稳定性及独特的流变性等优良特性，在食品、日用化工、石油、医药等领域应用广泛。本文主要对介绍了黄原胶的性质，并对其近年来在医药领域的研究进展进行综述。

黄原胶；性质；医药

黄原胶(Xanthan gum)亦称汉生胶、三仙胶，于1950年由美国农业部北方研究室从甘蓝黑腐病野油菜黄单胞菌(Xan⁃thomonas campestris)NRRLB-1459中发现的水溶性胞外杂多糖[1]。黄原胶分子的基本结构由重复的五糖单元组成，D-葡萄糖以β-1,4-糖苷键连接形成类纤维素结构的主链，侧链则由D-甘露糖和D-葡萄糖醛酸交替的三糖单元连接构成[2]。黄原胶分子量为2×106～2×107Da[3]，与主链相连的甘露糖残基常被乙酰化，末端的部分甘露糖残基上连有丙酮酰基，其中分子量、乙酰化、丙酮酰化的程度受菌株及发酵条件影响[4]。黄原胶侧链的丙酮酸基团和乙酰基可通过氢键或静电作用反向缠绕主链形成棒状螺旋结构二级结构，并可通过非共价键作用形成更复杂的网状螺旋复合体结构。黄原胶呈白色或米黄色粉末，无味、微臭，因其具有良好的增稠性、乳化性、生物相容性，且无毒、价格低廉、可降解等优势而广泛应用于采油、食品、药品、化妆品等行业[5-6]。

1 黄原胶的性质

1.1 溶解性

黄原胶分子结构含大量亲水基团，且侧链的丙酮酸基和乙酰基可相互作用产生氢键作用，因此其具有良好的水溶性，即使在冷水中也可较好溶解。黄原胶呈粉末状，若在溶解过程中搅拌不充分，其外层分子会吸水膨胀，水分子不能完全进入，使溶解体系结块，因此溶解黄原胶时一般需缓慢均匀加入溶质并充分搅拌[7]。黄原胶不溶于甲醇、乙醇和异丙醇等低级醇，因此在黄原胶发酵液分离提纯时常采用醇沉法。

1.2 流变性

黄原胶溶液是典型的非牛顿流体，最显著的特性是假塑流变性。黄原胶水溶液具有良好的增稠性，溶液粘度随剪切率的增加而降低，在高剪切率下，黄原胶网状螺旋复合体结构被破坏，解聚为无规则线团结构，剪切变稀，表现出很强的假塑性，此时溶液粘度迅速降低；当剪切率降低或解除时，分子结构又恢复到网状螺旋复合体状态，溶液粘度迅速恢复[8]。黄原胶溶液粘度随溶质浓度增大而上升，且溶液在低浓度下也显示较高粘度，质量分数0.3%的黄原胶溶液黏度可达1300mPa·s[9]。黄原胶溶液粘度除受剪切速率、溶质浓度影响外，还受环境温度、盐、pH等影响。然而黄原胶水溶液稳定性较强，在温度为10至60℃，pH为3至12时，其粘度基本保持不变[10]。当温度高80于℃时，粘度略微降低，当温度降低时，粘度立即恢复。因此，黄原胶作为一种高效的稠化剂被广泛应用于食品工业，如罐头、火腿肠等肉制品，方便面、蛋糕等面制品及饮料等[11-13]。盐对黄原胶溶液流变性影响主要与黄原胶溶液浓度、盐的种类、离子的价态、离子浓度等有关[14-16]。相较于其他生物胶，黄原胶具有较强的耐盐性，即使有多种盐类存在，黄原胶溶液也呈现良好的稳定性和相容性[17]。黄原胶的流变特性及其与其他树胶相比的独特性使其在其他方面得到应用，如石油、造纸、农业、纺织、油漆、化妆品等行业。

1.3 悬浮性和乳化性

黄原胶分子的三级结构是网状螺旋复合体，这种网状结构可增大运动阻力，可以起到支撑体系的作用，使颗粒、液滴及气泡等物质悬浮起来，显示较强的乳化稳定性和悬浮性[7]。其次，由于黄原胶分子同时具备具有大量的—OH、—COOH亲水基团和疏水基团，可形成较稳定的油水动态平衡体系，因而具有良好的悬浮性和乳化性。此外，黄原胶通过水相的稠化作用，可提高水相和油相的相容性，使油脂乳化在水中，因此其可作乳化剂和稳定剂应用于饮料等食品中。麻建国等[18]通过黄原胶对O/W乳状液稳定性的研究发现，当添加量超过0.25wt%时，黄原胶才可提高体系的稳定性。

1.4 配伍性

黄原胶可与瓜尔胶、结冷胶、卡拉胶、魔芋胶等多种生物胶产生协同增效作用，互溶后溶液黏度显著提高[22]。黄原胶还可与壳聚糖、槐豆胶、魔芋胶等形加热共混形成凝胶[23-24]。王元兰等[25]将黄原胶与魔芋胶进行复配，研究其流变特性，结果显示当黄原胶与魔芋胶质量比为7:3，协同效应达到最大，粘度可达9500mPa·s；当复配体系总浓度1.0%时，可形成坚实的凝胶。黄原胶良好的配伍性主要是由于其分子的双螺旋结构易与含β-1,4糖苷键的多糖分子发生嵌合作用。

2 黄原胶在医药领域的研究

天然胶一般优于合成胶，因为它们无毒、生物相容性好、价格便宜、易降解，可利用的范围也更广。然而在医药工业中，天然胶的使用也存在安全隐患，因此只有少数天然胶天能提升产品质量的严格评估[26]。用黄原胶短期喂养实验结果表明，其对大鼠和狗无急性毒性、不抑制生长，不刺眼激皮肤和，人体摄入黄原胶的量达10-13 g/d时无不良反应；长期喂养实验结果显示，黄原胶对动物生长速率、存活率及血液系统几乎无影响[27]。黄原胶因其安全性、乳化性、增稠性、稳定性、成膜性、胶凝性可应用于医药工业中[28]。美国食品药品监督管理局于1969年批准黄原胶可作食品添加剂，欧盟于1980年批准将其作为食品稳定剂和乳化剂[29]。在医药领域，黄原胶于1975年被《美国药典/国家处方集》收载，2010年作为药用辅料被《中华人民共和国药典》收载[30]。

2.1 黄原胶在缓释制剂中的研究

为提高药物治疗的有效性，药物释放的控制释放是必要的，这也减少了血浆中药物快速释放水平引起的中毒几率，也可以避免重复给药[31]。Vishakha K.等[32]在实验中发现，相较于合成的羟丙基甲基纤维素，黄原胶延缓药物释放的能力更强。Hashimoto Y等[33]对大鼠单剂量灌胃分别给予布洛芬、乙酰水杨酸、对乙酰氨基酚、盐酸二甲双胍，同时持续给予0.1%的黄原胶水溶液。结果显示每种药物给药后的血药浓度均低于对照组，因黄原胶抑制了胃肠道的药物吸收。另一方面，虽然布洛芬血药浓度在给药后低于对照组，但之后的血药浓度水平高于对照组，且布洛芬血药浓度曲线的面积明显高于对照组，由此可见，黄原胶在用药后立即抑制药物吸收，并使血药浓度峰值降低。

除单独使用外，黄原胶还可与其他物质配伍或接枝，制备成具有缓释作用的微球或共聚物。Bhattacharya SS等[34]利用吸水性树脂（SAP）和聚乙烯醇（PVA），制备黄原胶互穿网络聚合水凝胶微球，对体外药物释放研究进行评估，发现所有制剂均具有良好的理化性质和体外释药特性。KulkarniN等[35]采用用聚离子络合技术，利用黄原胶和壳聚糖制备出格列吡嗪微球。研究发现所有批次的制剂均具有药物缓释作用，药物释率为87.50%～100.67%。此外，微球在pH环境的溶胀动力学研究表明，该微球也可用于易受胃酸性环境影响的药物。Kumar A等[36]以黄原胶和聚N-乙烯基吡咯烷酮（PNVP）为原料，通过自由基聚合制备接枝共聚物（xg-g-pnvp-d）。结果显示，在37°C，pH=7.4条件下，载有15mg左氧氟沙星的接枝共聚物在磷酸盐缓冲溶液中（PBS）36 h内药物释放约80%。在固体制剂中，黄原胶有良好的黏合作用，还可与淀粉[37]、羧甲基纤维素[38]等多种辅料配伍制备不同性质的缓释制剂。

2.2 黄原胶治疗实验性骨关节炎的研究

近年来，黄原胶在医药领域中的应用不断更新。骨关节炎（OA）是最常见的慢性疾病之一，是一种以关节软骨退化损伤、关节边缘和软骨下骨反应性增生为特征的退行性病变。大量研究表明，关节腔内注射高分子量、高黏弹性的物质有助于改善关节功能，减轻症状。Han G[39]等研究发现兔膝关节内注射黄原胶注射液（0.5～2wt%）可保护关节软骨。关节在低冲击运动时，黄原胶注射液可起到弹性减震作用；在高冲击运动时又可作为一种粘性润滑剂。赵丽娟[40]从体内和体外两方面研究黄原胶注射液治疗兔膝骨关节炎（KOA）的疗效和作用机制，认为黄原胶注射液起到的润滑及缓冲作用增加了关节软骨和滑膜自我修复的时间，促软骨基质分解代谢的酶分泌减少，而促软骨基质合成的酶分泌增加。这使减少部分胞外基质降解、合成增加，关节软骨的合成代谢大于分解代谢，软骨得到自我修复，从而KOA发展。对陈启鑫[41]对黄原胶抑制硝普钠（SNP）诱导OA软骨细胞凋亡的研究发现，可通过调控Capsase-3,Bax,Bcl-2等因子来抑制软骨细胞凋亡，保护软骨进而缓解OA发展。近来研究表明，低分子量黄原胶（1×106至1.5×106Da）也可用于治疗OA，且疗效优于现有的临床药物透明质酸钠，因为它在体内对水解和酶反应更稳定[42-43]。

2.3 黄原胶免疫调节作用的研究

多糖性质稳定、无毒、可生物降解，并且具有一些人工合成聚合物难以替代的理化特性。在多糖众多优良的生物活性中，免疫调节和抗肿瘤活性是一大研究热点[44]。，Ishizaka S等[45]于1983年首次报到了黄原胶的内在辅助性，研究发现黄原胶明显提升了小鼠脾脏B淋巴细胞和胸腺细胞DNA合成量，并刺激多克隆抗体IgM和IgG在B细胞中产生。近年来，在鼻内流感病毒疫苗研究中，黄原胶已成功地应用于生物粘附制剂[46-47]，Bacelo K L等[48]研究证明，黄原胶能增强钩端螺旋体病疫苗的免疫原性，并有可能对其他病原体产生作用，为开发新型免疫佐剂提供了理论和数据支撑。Schuch RA等[49]探讨黄原胶对抗原卵清蛋白（OVA）引起的免疫反应，结果显示黄原胶对OVA产生佐剂效应，能通过细胞因子IFN-γ和抗体IgG1分别细胞产生免疫反应和体液免疫反应。并且表明了黄原胶体外实验的生物相容性，黄原胶可作为潜力巨大的疫苗佐剂。

2.4 黄原胶在其他医药领域的研究

黄原胶用可作滴眼助剂，因其假塑性流体的性质，眨眼时产生的剪切力使黏度降低，患者眼睛不会感到不适。黄原胶可与玻璃酸钠、硫酸软骨素等混合制备质地均匀、性质稳定、凝胶强度良好的滴眼制剂，保护角膜上皮细胞，促进细胞再生，减轻患者病痛[50-51]。对乙酰氨基酚片（扑热息痛）是一种常见的口服制剂，但对于吞咽障碍的患者，固体制剂若不经修改就难以吞咽。而具有增稠性的黄原胶可促进吞咽障碍患者安全吞咽[52]。Kim J等利用黄原胶、壳聚糖成功地制备了一种具有生物相容性、抗菌性的生物聚合物，可有效的用于急、慢性牙周炎的局部杀菌[53]。

3 展望

黄原胶因其良好的理化特性受到广泛关注，尤其是在医药领域具有较强的研究价值及应用潜力。目前国内外对黄原胶在医药领域的研究取得了一定成果，但市场开发力度不足，产品竞争力仍有待提升。因此尚需深入研究，进一步提升黄原胶的医用价值。

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Xanthan gum isa biomacromoleculepolysaccharide produced from the fermentation of Xanthomonas campestris.It is w idelyused in food,cosmetic,oil,pharmaceuticalindustryand other fieldsdue to itsexcellent characteristics,such assafety and nontoxici⁃ty,degradability,high stability and unique rheological property,etc.In this review,properties andresearch advances of xanthan gum inmedicinehasbeen discussed.

Xanthan gum;property;medicine

1.熊晓兰（1988-），女，汉族，四川遂宁人，工程硕士，四川护理职业学院药学与检验系，助教，研究方向：天然大分子多糖在医药领域的研究

2.郑媛媛（1993-），女，汉族，四川宜宾人，理学学士，四川护理职业学院护理系，助教，研究方向：护理教育、老年护理